DE69936145T2

DE69936145T2 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von dentalbildern

Info

Publication number: DE69936145T2
Application number: DE69936145T
Authority: DE
Inventors: Avi Kopelman; Eldad Taub
Original assignee: Cadent Ltd
Current assignee: Cadent Ltd
Priority date: 1998-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: WO2000025677A1; IL126838A; JP2002528215A; US6845175B2; AU6486699A; EP1124487A1; EP1124487B1; US20030169913A1; ATE362732T1; IL126838A0; DE69936145D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung liegt allgemein in dem Gebiet der Zahnmedizin und stellt ein Verfahren und ein System zur Bildverarbeitung zur Verfügung, die als Hilfsmittel von einem Zahnarzt oder Kieferorthopäden genutzt werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt eine große Bandbreite von bildgebenden Techniken, die routinemäßig in der Kieferorthopädie verwendet werden. Eine bedeutende bildgebende Technik ist die sogenannte radiographische kephalometrische Technik. Ein radiographisches kephalometrisches Bild wird dann für eine kephalometrische Analyse verwendet. Eine solche Analyse ist wichtig in einem Meßsystem, das dazu ausgelegt ist, die Beziehungen zwischen verschiedenen Teilen der skelettalen, dentalen und Weichgebe-Elemente des kraniofazialen Komplexes zu beschreiben. Die beiden üblicherweise verwendeten kephalometrischen Bilder sind ein laterales kephalometrisches Bild, welches hauptsächlich in der Kieferorthopädie verwendet wird, und ein frontales kephalometrisches Bild, welches etwas weniger bedeutend ist.
Kephalometrische Verfahren ermöglichen es, bestimmte Normen eines skelettalen, dentalen und Weichgewebe-Elements des kraniofazialen Komplexes zu definieren. Eine kephalometrische Messung von Individuen kann dann mit Normen des Alters, Geschlechts und der Bevölkerungsgruppenzugehörigkeit verglichen werden. Ein Kephalogramm ist im Endeffekt eine zweidimensionale Darstellung einer dreidimensionalen kraniofazialen Struktur. Es ist daher bei einer auf einem solchen Bild durchgeführten Analyse schwierig, zwischen bilateralen Strukturen zu unterscheiden, um diese unabhängig voneinander zu verfolgen. Hinzu kommt, daß die fazialen Aspekte nicht komplett symmetrisch sind, was eine weitere Ungenauigkeit in eine Analyse dieser Art einbringt. Andere Fehlerquellen in einem kephalometrischen Bild sind u.a. verschiedene Vergrößerungsstufen verschiedener Aspekte abhängig von der Distanz zu dem Film sowie ein ungenaues Positionieren des Patienten in dem Kephalostaten. Dies addiert sich zu ernstzunehmenden Fehlern in der Kephalometrie.
Bevor er die kieferorthopädische Behandlung beginnt, nimmt ein Kieferorthopäde üblicherweise einen Abdruck der Zähne, auf dessen Basis ein plastisches Modell präpariert werden kann. Es ist auch eine Anzahl von bildgebenden Verfahren bekannt, welche es erlauben, mit Hilfe von Computern ein virtuelles dreidimensionales Bild der Zähne zu erhalten. Solche Verfahren sind z.B. in der WO 97/03622 und der DE-C-414311 beschrieben. Ein dreidimensionales Zahnbild stellt eine Information zur Verfügung, die sich von derjenigen, die mittels einer kephalometrischen Analyse erhalten wird, unterscheidet. Insbesondere erlaubt ein virtuelles dreidimensionales Bild eine bessere Berücksichtigung der dreidimensionalen Struktur der Zähne und der relativen Position verschiedener Zähne.
Die EP-A-0 488 987 offenbart ein Verfahren zum Anzeigen beweglicher Körper. Dabei werden Bilder des Körpers mit einer Kamera aufgenommen, die exakt in Bezug auf eine Quelle (Spulen) eines magnetischen Feldes angeordnet ist. Um den Körper in Bezug auf die Kamera zu lokalisieren, wird eine magnetische Antwortanordnung an dem Körper befestigt und ein magnetischer Stift wird verwendet, um drei Meßpunkte an dem Körper zu markieren. Dies erlaubt es, Punkte an dem Körper anzuzeigen, die nicht mittels der Kamera abgebildet werden können.
Die EP-A-0 741 994 offenbart ein Verfahren zum Planen eines chirurgischen Eingriffs im Bereich des Kiefers eines Patienten mittels eines Modells. Dieses Verfahren verwendet eine positionsbestimmende Vorrichtung, die in eine Mundhöhle eines Patienten eingeführt wird. Die positionsgebende Vorrichtung wird mittels in wenigstens einem Bild der Mundhöhle zu lokalisierenden Markierungspunkten gebildet.
Die US-A-5 151 856 offenbart ein Verfahren zum Anzeigen einer Herzfunktion, bei welcher ein dreidimensionales Modell eines Herzens gebildet wird, dem ein mittels eines Patientenangiogramms erhaltenes Arteriendiagramm überlagert wird.
Für den Zweck der korrekten Gestaltung einer kieferorthopädischen Behandlung wäre es hochgradig vorteilhaft, ein Verfahren und ein System zu besitzen, mittels welcher Informationen, die aus einer Art von Bild gewonnen werden können, den Informationen, die aus einer anderen Art von Bild verfügbar sind, übertragen oder überlagert werden könnten.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der Erfindung werden ein neues Verfahren und ein neues System zur Verfügung gestellt, bei welchen Informationen und Daten, die aus einer Art von Zahnbildgebungstechnik erhalten werden können, transferiert werden auf und verwendet werden in einem Bild, das mittels einer anderen Art von Zahnbildgebungstechnik erhalten ist. Dieser Transfer von Informationen stellt dem Zahnarzt oder Kieferorthopäden ein mächtiges Werkzeug zum Gestalten einer kieferorthopädischen Behandlung zur Verfügung.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Bildverarbeitungsverfahren zur Verfügung gestellt, das umfaßt:

(a) Anwenden wenigstens einer ersten Bildgebungstechnik und einer zweiten Bildgebungstechnik, um ein erstes, zweidimensionales Bild wenigstens eines ersten Teils von Zähnen und ein zweites, dreidimensionales, virtuelles Bild wenigstens eines zweiten Teils der Zähne zu gewinnen, wobei es wenigstens eine partielle Überlappung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil gibt, und
(b) Definieren eines Satzes von Basismarkierungen in einem der beiden Bilder, Lokalisieren des Satzes in dem anderen der beiden Bilder und In-Übereinstimmung-Bringen der Sätze in den beiden Bildern.

Gemäß einem anderen ihrer Aspekte stellt die Erfindung ein Bildverarbeitungssystem zur Verfügung, das umfaßt:

(i) eine erste Einrichtung zum Empfangen von ersten Daten, die ein erstes, zweidimensionales Bild wenigstens eines ersten Teils der Zähne repräsentieren,
(ii) eine zweite Einrichtung zum Empfangen von zweiten Daten, die ein zweites, dreidimensionales virtuelles Bild von Zähnen wenigstens eines zweiten Teils der Zähne repräsentieren,
(iii) einem Modul zum Definieren von Basismarkierungen in beiden Bildern und zum Erzeugen von Daten, die dafür repräsentativ sind, und
(iv) einem mit der ersten und der zweiten Einrichtung und dem Modul verbundenen Prozessor zum Erhalten der ersten und zweiten Daten und zum Abbilden von Elementen in einem der beiden Bilder auf das andere der beiden Bilder gemäß den für die Basismarkierungen repräsentativen Daten.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung werden das bildgebende Verfahren und die bildgebende Vorrichtung dazu verwendet, kieferorthopädisch relevante Informationen, insbesondere Informationen, die von einem Kieferorthopäden im Zusammenhang mit einer kieferorthopädischen Behandlung oder für die Planung einer solchen Behandlung verwendet werden können, zu erhalten. Diese Ausführungsform umfaßt ein In-Übereinstimmung-Bringen von wenigstens zwei Bildern, von denen eines ein dreidimensionales virtuelles Bild eines Zahnmodells und von denen das andere ein zweidimensionales Bild, z.B. ein kephalometrisches Bild, ist. Gelegentlich können auch andere Bilder in das In-Übereinstimmung-Bringen eingebracht werden, die z.B. eines oder mehrere der folgenden umfassen: ein laterales videographisches Bild, ein frontales videographisches Bild und ein frontales kephalometrisches Bild.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden das Verfahren und das System für die korrekte Gestaltung eines Dentalimplantates oder einer Krone verwendet. Zur exakten Positionierung eines Implantates muß der Knochen zuvor sorgfältig studiert und darauf hin untersucht werden, ob er das Dentalimplantat erhalten kann. Zusätzlich müssen die exakte Position und Orientierung des Dentalimplantates korrekt geplant werden. Üblicherweise wird für das korrekte Design eines Implantates ein dreidimensionales virtuelles Bild eines Zahnmodells in das In-Übereinstimmung-Bringen mit einem lateralen kephalometrischen Bild und manchmal auch mit einem frontalen kephalometrischen Bild einbezogen. Dies erlaubt es dann, die Art des Erhaltens des Implantates innerhalb des Knochens des Kiefers korrekt vorauszusagen.
Im folgenden wird die Erfindung insbesondere in Bezug auf die Bildgebung für den Zweck der Planung der kieferorthopädischen Behandlung beschrieben. Es wird jedoch verstanden, daß die Erfindung sich, mutatis mutandis, auch auf die Anwendung für den Zweck des korrekten Designs von Zahnimplantaten bezieht.
Das erste Bild ist vorzugsweise ein Röntgenbild, typischerweise ein mittels einer radiographischen kephalometrischen Technik erhaltenes kephalometrisches Bild. Das Röntgenbild ist vorzugsweise ein laterales Bild, obwohl manchmal die Bilder aus einer anderen Richtung, z.B. ein frontales Bild, stammen können. In einem kephalometrischen Bild können manchmal einige Aspekte des Gesichtsprofils gesehen werden. Jedoch wird üblicherweise vor einer kieferorthopädischen Behandlung ein drittes, Seitenhöhenbild des Gesichts aus derselben Richtung, aus der das radiographische kephalometrische Bild aufgenommen wurde, aufgenommen. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein solches drittes Bild wenigstens ein Profil von Gesichtsaspekten und wird auch erhalten und verwendet in der bildgebenden Technik der Erfindung. Das Seitenhöhenbild kann z.B. mittels Videokephalometrie erhalten werden.
Der Ausdruck "virtuelles dreidimensionales Zahnbild" bezieht sich auf ein Bild, das in einer Computerumgebung repräsentiert wird und das im wesentlichen aus den Zähnen eines oder beider Kiefer besteht. Z.B. kann ein virtuelles dreidimensionales Zahnbild in einer Weise repräsentiert werden, die an das Bild eines Gipsmodells erinnert. Ein virtuelles dreidimensionales Bild kann mittels einer Vielzahl von Verfahren erhalten werden, z.B. den in den oben erwähnten Druckschriften beschriebenen. Insbesondere kann das dreidimensionale virtuelle Bild mittels des in der WO 97/03622 beschriebenen Verfahrens erhalten werden, wobei die WO 97/03622 ein Beispiel der Art des Erhaltens eines dreidimensionalen virtuellen Bildes zur Verwendung bei dem Verfahren und dem System der Erfindung darstellt. Es sollte verstanden werden, daß die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Bild, das mittels der einen oder anderen Bildgebungstechnik erhalten ist, beschränkt ist. Z.B. kann das zweidimensionale Bild mittels einer Vielzahl von verschiedenen Bildgebungsverfahren einschließlich magnetischer Resonanzbildgebung (MRI), Computertomographie (CT) und verschiedenen Radiobildgebungsverfahren etc. erhalten werden. Analog kann das dreidimensionale Zahnbild mittels einer von einer Vielzahl von vorhandenen Bildgebungsverfahren erhalten werden, einschließlich derjenigen, die in den oben genannten Druckschriften offenbart sind, sowie anderen wie z.B. denjenigen, die eine abtastende Sonde verwenden, verschiedenen fotografischen Techniken und Techniken, bei welchen Zähne mittels eines sondierenden Lichtstrahls abgetastet werden etc.
Der Ausdruck "Bild" sollte, so wie er hier verwendet wird, nicht so verstanden werden, daß er sich nur auf das mittels der Bildgebungstechnik gewonnene Bild bezieht, sondern so, daß er auch das Resultat der einleitenden Bildverarbeitung bezeichnet, z.B. einer Bildverarbeitung, die dazu dient, die Grenzen verschiedener Objekte in dem Bild festzulegen. Daher umfaßt der Ausdruck "Bild" auch eine auf der Basis des gewonnenen Bildes erzeugte Darstellung von Grenzen von Objekten, z.B. Zähnen, Knochen, einem Profil von Gesichtsansichten etc.
Häufig wird die Bildgebungstechnik und -analyse gemäß der Erfindung auch ein drittes Bild verwenden, das das oben erwähnte Höhenbild oder irgendein anderes bei der Verbesserung der kieferorthopädischen Analyse nützliches Bild sein kann. Beispielsweise kann, wenn das erste Bild ein laterales zweidimensionales Bild ist, das dritte Bild eines oder beides des zuvor erwähnten Höhenbildes oder eines frontalen Röntgenbildes oder videographischen Bildes sein.
Die Basismarkierungen, die zum In-Übereinstimmung-Bringen der beiden Sätze von Bildern verwendet werden, sind üblicherweise Punkte, die entweder an der Basis oder dem Apex von bestimmten ausgewählten Zähnen, z.B. den seitlichen Schneidezähnen und den ersten Backenzähnen definiert werden. Solche Basismarkierungen können von dem Benutzer ausgewählt werden oder können automatisch von dem Prozessor des Systems, z.B. basierend auf etablierten Normen, automatisch ausgewählt werden. Nach dem Auswählen der Basismarkierungen und dem Markieren selbiger in einem der Bilder werden die Markierungen dann in den anderen Bildern markiert, um das In-Übereinstimmung-Bringen der beiden Bilder zu ermöglichen. Der Ausdruck "In-Übereinstimmung-Bringen" sollte nicht notwendigerweise als ein physikalisches In-Übereinstimmung-Bringen der beiden Bilder bedeutend verstanden werden, sondern vielmehr als das Abbilden jeder Eigenschaft in einem Bild auf eine entsprechende Eigenschaft in dem anderen Bild bedeutend verstanden werden. Das Ergebnis eines solchen In-Übereinstimmung-Bringens ist, daß jede an einem Bild ausgeführte Manipulation zu einer entsprechenden Manipulation in dem anderen Bild führt. Falls beispielsweise ein Bild durch Verschieben eines Zahnes manipuliert wird, sollte dies zu einer entsprechenden Verschiebung desselben Zahnes in dem anderen Bild führen.
Manchmal kann es gewünscht sein, beide Bilder auf einem Bildschirm einander überlagert zu betrachten. Da die beiden oder mehr zu überlagernden Bilder ursprünglich mit einem verschiedenen Maßstab präsentiert worden sein können, ist ein erster Schritt, der notwendigerweise von dem System auszuführen ist, den Maßstab eines Bildes entweder zu vergrößern oder zu verkleinern, bis es eine im wesentlichen vollständige Überlappung der Basismarkierungen in den beiden Bildern gibt. Es sollte jedoch vermerkt werden, daß das In-Übereinstimmung-Bringen von verschiedenen Bildern nicht notwendigerweise das Überlagern impliziert, sondern daß manchmal die beiden in Übereinstimmung gebrachten Bilder separat, z.B. seitlich nebeneinander, dargestellt werden können. Das wichtige Resultat des Aktes des In-Übereinstimmung-Bringens ist, daß eine in einem der Bilder durchgeführte Manipulation auch das andere betrifft.
Im folgenden wird die Erfindung mit besonderem Bezug auf eine Ausführungsform, bei welcher das erste Bild ein kephalometrisches Bild und das zweite Bild ein virtuelles dreidimensionales Bild ist, beschrieben. Dieser spezielle Bezug sollte jedoch nicht dahingehend interpretiert werden, daß die Erfindung darauf beschränkt wäre. Im Gegenteil kann, durch Anwenden der allgemeinen Lehre der Erfindung, die Information auf Bildern, die mit anderen Bildgebungsverfahren gewonnen wurden, übertragen werden.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird, nachdem die Basismarkierungen in dem dreidimensionalen virtuellen Bild und in dem kephalometrischen Bild definiert wurden, die korrekte Orientierung des dreidimensionalen Zahnmodells bestimmt, um es ihm zu erlauben, in Übereinstimmung mit dem kephalometrischen Bild gebracht zu werden. Dies kann manchmal viel Berechnungszeit beanspruchen. Es wurde jedoch gefunden, daß der Vorgang des In-Übereinstimmung-Bringens der beiden Bilder merklich dadurch beschleunigt werden kann, daß das kephalometrische Bild so definiert wird, daß es die mittlere palatinale Ebene des virtuellen dreidimensionalen Zahnbildes überlappt. Mit anderen Worten wird das kephalometrische Bild so definiert, daß es auf der mittleren palatinalen Ebene liegt, und das kephalometrische Bild, und das kephalometrische Bild wird so lange verändert, bis die Basismarkierungen mit der Projektion der entsprechenden Basismarkierungen in dem virtuellen dreidimensionalen Bild in der mittleren palatinalen Ebene überlappen.
Die Erfindung erlaubt auch eine Analyse des Effektes der Zahnverschiebung auf verschiedene Aspekte des kraniofazialen Komplexes. Z.B. können Zähne in dem virtuellen dreidimensionalen Bild des Zahnmodells in der Weise verschoben werden, in welcher von ihnen eine Verschiebung während des Verlaufs der kieferorthopädischen Behandlung angenommen wird. Deshalb kann zes. B. durch Markieren verschiedener Markierungen auf einen verschobenen Zahn und Markieren und anschließend Verschieben derselben Markierungen in dem kephalometrischen Modell möglich werden, in beiden Bildern zu prüfen, ob die kieferorthopädische Behandlung ein Resultat erreichen wird, das mit einer bestimmten akzeptierbaren Norm übereinstimmt oder welche Änderungen gemacht werden sollten, um eine solche Norm zu erreichen. Falls z.B. ein gewünschtes Resultat wie in einem angepaßten kephalometrischen Bild gesehen (nämlich einem kephalometrischen Bild, nachdem ein Zahn verschoben wurde) nicht mit den gewünschten Resultaten übereinstimmt, ist es möglich, zu dem virtuellen dreidimensionalen Zahnmodell zurückzukehren und dann mit einer Simulation fortzufahren und dann die Resultate auf das kephalometrische Bild abzubilden usw. Beispielsweise kann, um denselben Grad von Verschiebung in einem Bild zu erhalten, das Verschieben einer bestimmten Markierung, die mit einem verschobenen Objekt verbunden ist, mit einigen Basismarkierungen verglichen werden, und dieselbe Relation der Verschiebungen wird dann auf das andere Bild bezogen.
Ein besonderes Beispiel der Analyse, die mittels solcher Simulationen durchgeführt werden kann, ist es, den Effekt einer solchen Verschiebung auf das weiche Gesichtsgewebe, insbesondere das äußere Gesichtsgewebe zu bestimmen. Dies erlaubt eine Abschätzung des Effektes der kieferorthopädischen Behandlung auf das ästhetische Erscheinungsbild eines Individuums.
Eine Simulation der Behandlung und dann die Übertragung der Resultate auf ein kephalometrisches Bild erlauben es auch, zu bestimmen, ob die Verschiebungen von verschiedenen Elementen wie z.B. dem Kiefer innerhalb bestimmter physiologischer oder ästhetischer Grenzen erlaubt sind. Ein unkontrolliertes Verschieben eines Zahns oder eines Kiefers bei einer kieferorthopädischen Behandlung kann zu verschiedenen physiologischen und funktionalen Problemen führen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf einige spezielle nicht-beschränkende Ausführungsformen mit gelegentlicher Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A zeigt ein Beispiel eines radiographischen kephalometrischen Bildes.
1B zeigt ein virtuelles dreidimensionales Bild von Zähnen, das in der Art, die an ein Gipszahnmodell erinnert, präsentiert ist.
2 zeigt eine Überlagerung eines dreidimensionalen Zahnmodells und eines kephalometrischen Bildes.
3A und 3B zeigen zwei Beispiele von Überlagerungen eines dreidimensionalen Modells und eines kephalometrischen Videobildes.
4A zeigt ein kephalometrisches Bild, in dem einige Basismarkierungen markiert sind.
4B zeigt ein dreidimensionales virtuelles Bild derselben Zähne wie in dem kephalometrischen Bild der 4A gezeigt, mit denselben Basismarkierungen darin.
5 zeigt eine Überlagerung der beiden Bilder.
6 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Systems gemäß der Erfindung.
7A und 7B sind Flußdiagramme, die die Art der Abbildung von Elementen von einem dreidimensionalen virtuellen Zahnmodell auf ein kephalometrisches Bild zeigen. 7A zeigt die Anwender-Interaktionsmodule, während 7B die der Art der Durchführung des Verschiebens und des Abbildens der Verschiebung von dem dreidimensionalen virtuellen Zahnmodell auf das kephalometrische Bild unterliegende Softwarefunktionalität zeigt.
8A und 8B sind Flußdiagramme, die die Art der Abbildung von Elementen von einem kephalometrischen Bild auf ein dreidimensionales virtuelles Zahnmodell zeigen. 8A zeigt die Anwender-Interaktionsmodule, während 8B die der Art der Durchführung der Verschiebung und der Abbildung der Verschiebung von dem kephalometrischen Bild auf das virtuelle dreidimensionale Zahnmodell unterliegende Softwarefunktionalität zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESONDERER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Bilder gewonnen, die wenigstens ein zweidimensionales Zahnbild und wenigstens ein dreidimensionales Zahnbild und wenigstens ein dreidimensionales Zahnbild umfassen, wobei beide Bilder zum Zwecke der Verbesserung der Fähigkeit des Kieferorthopäden, den Effekt der kieferorthopädischen Behandlung auf verschiedene Parameter vorauszusagen, zu verbessern. Diese Kombination erlaubt es dem Kieferorthopäden, die Tiefe seines Verständnisses des Ergebnisses der kieferorthopädischen Behandlung wesentlich zu erhöhen. Bislang konnte die Analyse, die auf einem kephalometrischen Bild gemacht wurde, nicht einfach auf die anderen dem Kieferorthopäden zur Verfügung stehenden Hilfsmittel, nämlich das dreidimensionale Zahnmodell, typischerweise ein Gipsmodell, übertragen werden. Umgekehrt konnten die von ihm durch Studieren eines dreidimensionalen Zahnmodells gewonnenen Informationen nicht einfach auf ein kephalometrisches Bild übertragen werden. Wie dem Fachmann gut bekannt ist, erlaubt jedes der Bilder eine beschränkte Bandbreite der Analyse, die vorgenommen werden kann, und eine umfassende Analyse kann nur durch gründliche Analyse basierend auf den beiden Arten von Bildern erlangt werden.
Nur mit der vorliegenden Erfindung wird eine korrekte Analyse möglich.
Wenn ein Bild einmal gewonnen und in eine computerisierte Darstellung konvertiert wurde, kann es manipuliert werden, z.B. durch Verschieben bestimmter Elemente, wie z.B. eines Zahnes oder mehrerer Zähne oder sogar eines gesamten Kiefers. Das kephalometrische Bild erlaubt es, die Beziehung zwischen einigen Elementen zu betrachten und kann z.B. dazu verwendet werden, die Auswirkungen der Behandlung auf bestimmte physiologische oder funktionale Parameter sowie ästhetische Parameter zu prüfen. Es gibt jedoch den wichtigen Nachteil, daß es unmöglich ist, diese Informationen vollständig auf das dreidimensionale reale Modell zu übertragen. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine korrekte Analyse der Auswirkungen der Verschiebung von Elementen und/oder ein besseres Verständnis, wie Veränderungen sich in der Realität auswirken werden.
Es wird nun zunächst Bezug genommen auf die 1A und 1B, die jeweils ein kephalometrisches radiographisches und ein dreidimensionales virtuelles Zahnbild zeigen. Das virtuelle Zahnbild, das in 1B gezeigt wird, ist in einer Weise dargestellt, die an ein Gipszahnmodell erinnert. Wie vom Fachmann zweifelsohne erkannt werden wird, sind dies bloß Beispiele, und das zweidimensionale oder das virtuelle dreidimensionale Bild können auf andere Weisen dargestellt werden.
Vor der vorliegenden Erfindung wurde jedes dieser verschiedenen Bilder separat dargestellt. Das dreidimensionale Bild wurde entweder als ein Gipsmodell oder als eine dreidimensionale virtuelle Darstellung in einer Computerumgebung dargestellt. Gemäß der Erfindung werden zwei verschiedene Bilder, von denen eines ein zweidimensionales Bild, z.B. ein kephalometrisches radiographisches Bild, ist, mit einem dreidimensionalen Zahnbild kombiniert. Eine Überlagerung zweier solcher Bilder ist beispielhaft in 2 dargestellt. Wie gesehen werden kann, ist das kephalometrische Bild derart mit dem dreidimensionalen virtuellen Zahlenbild kombiniert, daß es in der mittleren palatinalen Ebene des dreidimensionalen virtuellen Zahnbildes liegt. Die relative Position der beiden Bilder ist derart fixiert, daß die in den beiden Bildern definierten Basismarkierungen übereinstimmen, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann beispielhaft in den 3A und 3B gesehen werden. In diesen Figuren ist ein dreidimensionales virtuelles Zahnbild einem lateralen oder Profilbild eines Individuums überlagert. Die Profilbilder in den 3A und 3B sind jeweils von einer etwas unterschiedlichen Orientierung, und entsprechend ist das dreidimensionale Zahnmodell in 3B relativ zu der Orientierung des Modells in 3A gedreht.
Um ein kephalometrisches Bild und ein dreidimensionales virtuelles Modell zu kombinieren, müssen Basismarkierungen in beiden Bildern definiert und markiert werden. Diese Basismarkierungen können manuell von dem Anwender eingegeben werden, obwohl sie alternativ auch automatisch von einem Computer erzeugt werden können, basierend auf üblichen Bildanalyseverfahren oder basierend auf einer früheren Benutzereingabe. Im allgemeinen können solche Basismarkierungen willkürliche Markierungen oder kieferorthopädisch relevante Markierungen sein, welche später bei einer kephalometrischen Analyse in Übereinstimmung mit einer der akzeptierbaren Normen dafür verwendet werden können (ein Überblick über eine kephalometrische Analyse ist gegeben in "Radiographic Cephalometry, From Gasics to Videoimaging", Jacobsen A. et al., Quintessence Publishing Co., Inc., Chicago, Berlin, 1995).
Eine kephalometrische Radiographie und das dreidimensionale Zahnmodell desselben Individuums sind in den 4A und 4B gezeigt. In diesen Figuren wurden zwei Basismarkierungen, L1 und L2, markiert. Nachdem diese Markierungen markiert wurden, werden die beiden Bilder in Übereinstimmung gebracht, was in der in 5 gezeigten Überlagerung resultiert (dieselben beiden Markierungen L1 und L2 können auch hier gesehen werden). Das In-Übereinstimmung-Bringen in der in den 4A, 4B und 5 gezeigten Weise erfolgt unter Verwendung zweier definierter Markierungen. Offensichtlich ist es möglich, manchmal auch mehr Markierungen zu diesem Zweck zu verwenden, um die Genauigkeit des In-Übereinstimmung-Bringens zu erhöhen.
Um die Berechnungszeit zu reduzieren, wird die kephalometrische Radiographie mit dem dreidimensionalen virtuellen Zahnbild dadurch kombiniert, daß (in einem virtuellen Sinn) das kephalometrische Bild auf der mittleren palatinalen Ebene plaziert wird. Für ein korrektes In-Übereinstimmung-Bringen muß der Maßstab der beiden Bilder eingestellt werden und dann das eine Bild gegenüber dem anderen verschoben werden, bis die Projektion der Basismarkierungen auf dem dreidimensionalen virtuellen Bild des Zahnmodells in seiner mittleren palatinalen Ebene mit den entsprechenden Markierungen in dem kephalometrischen Bild übereinstimmen.
Die kephalometrische Radiographie und die kephalometrische Videographie, die hier gezeigt sind, sind Bilder, wie sie von der verwendeten Bildgebungstechnik erhalten wurden. Es sollte jedoch bemerkt sein, daß es manchmal vorteilhaft ist, anfänglich eine Darstellung des Bildes, z.B. eine graphische Darstellung der Grenzen von interessierenden Objekten innerhalb des Bildes, zu erzeugen. Z.B. kann anstelle eines kompletten kephalometrischen Bildes eine die Grenzen von bestimmten Hauptknochen und verschiedenen Zähnen, z.B. dem ersten und zweiten Backenzahn und den seitlichen Schneidezähnen, enthaltene Darstellung verwendet werden. Die vorgenannten Zähne sind üblicherweise die für die kephalometrische Analyse bedeutenden Zähne, da ihre Position relativ empfindlich gegenüber Verschiebungen von Zähnen und Kiefern ist. Ferner ist die Position dieser Zähne ein wichtiger Marker zum Studieren oder Kalibrieren der Auswirkungen der Zahnposition auf verschiedene funktionelle und ästhetische Gesichtsaspekte.
Das Erzeugen einer graphischen Repräsentation von bestimmten Aspekten eines Bildes, insbesondere eines kephalometrischen Bildes, ist sehr nützlich für den Zweck einer virtuellen Verschiebung der Zähne in dem Bild, um die Auswirkungen der Behandlung auf funktionelle oder gesichtsästhetische Parameter, wie allgemein per se bekannt, zu studieren.
In der 6 kann ein System in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der Erfindung gesehen werden. Es umfaßt eine zentrale Berechnungseinheit 20 mit drei Eingabeeinrichtungen 22, 24 und 26, die in das Modul 28 integriert sein können. Diese Einrichtungen können, wie per se bekannt, einen Dateneingabeport und die notwendige Datenübertragungssoftware umfassen. Ferner können die Daten anstelle des Importierens der Daten über einen Dateneingabeport auf diese Einrichtungen aus einem Speichermedium oder von einem Informationsträger, z.B. einer magnetischen oder optischen Disc importiert werden. Wie ohne Zweifel weiter verstanden wird, kann das Modul 28 auch einen Scanner zum Scannen von Bildern, eine Kamera zur direkten Bildgewinnung u.dgl. umfassen.
Das System umfaßt ferner ein Modul 30, das mit einer Schnittstelle 32 für Anwendereingaben, z.B. einer Tastatur, einem Cursortreiber etc. verbunden ist. Mittels der Schnittstelle 32 kann der Anwender die Marker definieren oder das System veranlassen, in verschiedene Betriebsmoden einzutreten, von denen einige unten beschrieben werden.
Das Modul 30 und das Modul 28 sind mit einem Prozessor 40 zur Bildverarbeitung verbunden, um die beiden Bilder wie zum Beispiel weiter unten beschrieben zu kombinieren. Der Prozessor 40 kann mit einem Monitor 50 und auch mit anderen Anzeigemitteln, z.B. einem Drucker, verbunden sein.
Ein Flußdiagramm einer Ausführungsform der Art des Verlinkens zwischen einem dreidimensionalen virtuellen Zahnmodell und einem kephalometrischen Bild kann in 7A und 7B gesehen werden. Die 7A ist ein Flußdiagramm der Schritte der Anwenderinteraktion, während 7B ein Flußdiagramm ist, das die Softwarefunktionalität der Art des Kombinierens der beiden Bilder ist. In einem ersten Schritt 100 erhält das System eine Eingabe von Daten, die ein dreidimensionales virtuelles Zahnmodell repräsentieren. Dann werden bei 110 Basismarkierungen auf erkennbaren Objekten in dem dreidimensionalen Zahnmodell, wie in Bild 111 dargestellt, markiert. Solche Basismarkierungen können z.B. Punkte auf Kronen und Wurzeln der oberen und unteren ersten Backenzähne (Markierungen 1–4 in Bild 111) sowie auf Kronen und Wurzeln von oberen und unteren Schneidezähnen (Markierungen 5–8 in Bild 111) sein. Die Markierungen 1 und 4 sowie die Markierungen 5 und 8 markieren die ungefähre Position der Wurzeln der Zähne. Die tatsächliche Wurzelposition kann in einem solchen Modell nicht erkannt werden, jedoch kann der Kieferorthopäde basierend auf seiner Erfahrung relativ genau deren Wurzelposition markieren.
In einem nächsten Schritt 120 wird ein kephalometrisches Bild desselben Patienten eingegeben, und dann werden in diesem Bild dieselben Schlüsselpunkte markiert (siehe 131). Dann werden die beiden Bilder miteinander gematched, was durch Überlagerung wie oben gezeigt erfolgen kann, was dann auf einem Bildschirm dargestellt werden kann, oder mittels irgendeines anderen Mapping-Verfahrens jeder Stelle in dem einen Bild auf die des anderen Bildes.
In einem nächsten Schritt 14 können die Zähne und Kiefer in dem dreidimensionalen Modell auf dem dreidimensionalen Modell verschoben werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Dann bewegt die Software, wie in dem Flußdiagramm der 7B dargestellt, bei den Schritten 150 und 160 jeweils Skelettelemente und Zähne gemäß der von dem Anwender auf dem dreidimensionalen virtuellen Zahnmodell durchgeführten Verschiebung. Dann kann bei 170 eine kephalometrische Analyse auf dem geänderten (nach der Verschiebung) kephalometrischen Bild vorgenommen werden, um zu sehen, ob die gewünschten proportionalen Abmessungen bei einer solchen Zahnverschiebung erreicht wurden oder ob irgendeine Behandlung gemacht werden sollte.
Die umgekehrte Reihenfolge der Bearbeitung, nämlich das Mappen jedes Punktes aus einem kephalometrischen Bild auf ein dreidimensionales virtuelles Zahnmodell wird in den 8A und 8B gezeigt. In den 8A und 8B entspricht jeder der Schritte 200–270 mutatis mutandis den Schritten 100–170 in den 7A und 7B. Dieses resultiert schließlich in dem Mappen jedes Punktes in einem kephalometrischen Bild auf den entsprechenden Ort des dreidimensionalen virtuellen Zahnmodells, um es zu ermöglichen, jede auf dem ersteren Bild durchgeführte Verschiebung in eine in dem letzteren zu übertragen.
ÜBERSETZUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 7A/7B

Text bei Bezugszeichen	Übersetzung
100	Gebe ein dreidimensionales virtuelles Modell ein
110	Markiere Basismarkierungen
120	Gebe ein kephalometrisches Röntgenbild desselben Patienten ein
130	Markiere dieselben Basismarkierungen
140	Bewege Zähne und Kiefer auf dem dreidimensionalen virtuellen Modell, um gewünschte Resultate zu erhalten
150	Bewege Skelettelemente auf dem kephalometrischen Röntgenbild gemäß den Bewegungen, die der Anwender auf dem dreidimensionalen Modell vorgenommen hat
160	Bewege auf dem kephalometrischen Röntgenbild die Zähne gemäß den Bewegungen, die der Anwender auf dem dreidimensionalen Modell vorgenommen hat
170	Aktualisiere auf dem kephalometrischen Röntgenbild die Resultate der gewünschten proportionalen Abmessungen

FIG. 8A/8B

Text bei Bezugszeichen	Übersetzung
200	Gebe ein kephalometrisches Röntgenbild ein
210	Zeichne die Umrißlinie der oberen und unteren Schneidezähne und der oberen und unteren ersten Backenzähne
220	Gebe ein dreidimensionales Modell desselben Patienten ein
230	Markiere dieselben Markierungen auf Kronen und Wurzeln, die in dem kephalometrischen Röntgenbild markiert wurden
240	Bewege Zähne und skelettale Elemente auf dem kephalometrischen Röntgenbild, um gewünschte proportionale Abmessungen zu erhalten
250	Verändere auf dem dreidimensionalen Modell die Positionsbeziehungen zwischen den Kiefern gemäß den Transformationen auf dem kephalometrischen Röntgenbild
260	Bewege auf dem dreidimensionalen Modell die Zähne gemäß den Bewegungen, die von dem Anwender auf dem kephalometrischen Röntgenbild vorgenommen wurden
270	Ordne auf dem dreidimensionalen Modell alle Zähne relativ zu der Position der Zähne an, die von dem Anwender auf dem kephalometrischen Röntgenbild definiert wurde

Claims

Bildverarbeitungsverfahren umfassend: (a) Definieren eines Satzes von Basismarkierungen (110) in einem von zwei Bildern, die ein erstes, zweidimensionales Bild wenigstens eines ersten Teils der Zähne eines Patienten und ein zweites, dreidimensionales Bild wenigstens eines zweiten Teils der Zähne umfassen, wobei es wenigstens eine partielle Überlappung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil gibt, wobei der Satz von Basismarkierungen sich in einer überlappenden Region der beiden Bilder befindet, (b) Lokalisieren des Satzes von Basismarkierungen in dem anderen der beiden Bilder (130) und (c) Kombinieren der beiden Bilder miteinander durch In-Übereinstimmung-Bringen der Basismarkierungen, wobei jedes der beiden Bilder seine jeweiligen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Eigenschaften (140) behält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Bild ein longitudinales Querschnittsbild ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste Bild ein radiographisches Röntgenbild ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Bild ein kephalometrisches Bild ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Schritt (a) das Anwenden einer dritten Bildtechnik umfaßt, um ein drittes Bild zu erhalten, das wenigstens ein Profil von Gesichtsansichten umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das dreidimensionale Bild im wesentlichen alle Zähne wenigstens eines Kiefers umfaßt und wobei das zweidimensionale Bild in der Mitte der palatinalen Ebene des dreidimensionalen Bildes positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte: (d) Verschieben wenigstens eines Zahnes in wenigstens einem der Bilder in einer Art, die der Art ähnelt, in welcher der wenigstens eine Zahn bei tatsächlicher realer kieferorthopädischer Behandlung verschoben werden kann, und (e) Verschieben des wenigstens einen Zahnes in dem anderen Bild durch Anwenden eines Satzes von Regeln, welche eine Art definieren, in der jedes Element in einem Bild ein entsprechendes Element in dem anderen Bild abbildet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Satz von Regeln das Definieren wenigstens einer objektbezogenen Markierung des wenigstens einen Zahns in dem einen Bild, das Lokalisieren der objektbezogenen Markierung und das Verschieben der objektbezogenen Markierung in dem anderen Bild proportional zu ihrer Bewegung in dem einen Bild umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Basismarkierungen fixiert sind, die Verschiebung der wenigstens einen objektbezogenen Markierung in dem einen Bild gemäß den Basismarkierungen definiert wird und wobei die objektbezogene Markierung dann mit derselben relativen Verschiebung in Bezug auf die Basismarkierungen in dem anderen Bild verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das eine Bild ein virtuelles dreidimensionales Bild eines Modells der Zähne und das andere Bild ein seitliches Bild ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das seitliche Bild ein kephalometrisches Bild ist.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend den folgenden Schritt: (f) Voraussagen des Effektes der Verschiebung des wenigstens einen Zahns in dem virtuellen dreidimensionalen Bild auf das Erscheinungsbild des weichen Gesichtsgewebes in dem lateralen Bild durch Anwenden eines Satzes von Regeln, die die durch die Verschiebung des wenigstens einen Zahns verursachte Verschiebung von weichem Gesichtsgewebe definieren.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verschiebung des weichen Gewebes unter Verwendung eines dritten Bildes wenigstens eines Profils von Gesichtsansichten vorausgesagt wird.
Bildverarbeitungssystem umfassend: (i) erste und zweite Einrichtungen (22, 24) zum Empfangen von ersten Daten, die ein erstes zweidimensionales Querschnittsbild wenigstens eines ersten Teils der Zähne repräsentieren, bzw. von zweiten Daten, die ein zweites, dreidimensionales virtuelles Bild eines Zahnmodells wenigstens eines zweiten Teils der Zähne repräsentieren, wobei eine Überlappungsregion zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt existiert, (ii) einem Modul zum Definieren von Basismarkierungen (30) in wenigstens einem der ersten und zweiten Teil der Zähne als ausgewählte Orte innerhalb der Überlappungsregion und zum Generieren von dafür repräsentativen Daten und (iii) einem mit der ersten und der zweiten Einrichtung und dem Modul (22, 24, 30) verbundenen Prozessor (40), der betrieben werden kann zum – Analysieren erster und zweiter Daten, – Abbilden von Elementen in einem der beiden Bilder auf das andere der beiden Bilder entsprechend den für die Basismarkierungen repräsentativen Daten, – Kombinieren der beiden Bilder miteinander durch In-Übereinstimmung-Bringen der Basismarken in beiden Bildern, so daß jedes der beiden Bilder seine entsprechenden zweidimensionalen bzw. dreidimensionalen Eigenschaften behält.
System nach Anspruch 14, wobei das erste Bild ein kephalometrisches Bild ist.
System nach Anspruch 15, umfassend eine dritte Einrichtung zum Empfangen von dritten Daten, die ein drittes Bild repräsentieren, welches wenigstens ein Profil von Gesichtsansichten umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die erste, zweite und dritte Einrichtung zusammen als eine Einrichtung integriert sind.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die zweite Einrichtung ein Datentransfermodul zum Übertragen von Daten, die das zweite, virtuelle dreidimensionale Bild repräsentieren, auf den Prozessor umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 18, umfassend ein Modul, das wenigstens einen Satz von Regeln zum Verschieben wenigstens einer virtuellen Zahnrepräsentation in einem der Bilder definiert.
System nach Anspruch 19, wobei der Satz von Regeln eine Verschiebung definiert, die der Art der Verschiebung des wenigstens einen Zahnes bei realer kieferorthopädischer Behandlung entspricht.
System nach Anspruch 19, wobei der Prozessor die Verschiebung der wenigstens einen virtuellen Zahnrepräsentation in einem der Bilder in eine Verschiebung eines entsprechenden Zahns in dem anderen Bild umsetzt.
System nach Anspruch 21, wobei das eine der Bilder ein virtuelles dreidimensionales Bild eines Modells der Zähne und das andere Bild ein kephalometrisches Bild ist.
System nach Anspruch 22, umfassend ein Modul, das einen Satz von Regeln zum Vorhersagen des Effekts der Verschiebung von Zähnen in dem kephalometrischen Bild von weichem Gesichtsgewebe definiert.